调控近β钛合金变形微织构的间歇式锻造与热处理方法技术

一种调控近β钛合金变形微织构的间歇式锻造与热处理方法，包括：将近β钛合金材料加热至相变点以上40～60℃并保温得到均一组织，炉冷至近β钛合金材料相变点以下40～60℃保温，然后将近β钛合金材料经轴向拔长锻造处理得到锻坯；将锻坯回炉加热至相变点以下40～60℃并保温，保温结束后取出空冷处理，获得经过间歇保温的锻坯；将间歇保温后的锻坯从室温加热至相变点以下40～60℃保温，对锻坯进行轴向镦锻变形，变形结束后水冷处理。本发明专利技术利用α和β两相热变形过程中的组织转变特征及其交互作用，在实现α完全等轴化前提下、加速β静态及动态再结晶转变，降低了高强度β变形微织构形成可能性，提升了材料整体力学性能。提升了材料整体力学性能。提升了材料整体力学性能。

【技术实现步骤摘要】
调控近
β
钛合金变形微织构的间歇式锻造与热处理方法


[0001]本专利技术涉及钛合金加工
，具体涉及一种调控近β钛合金变形微织构的间歇式锻造与热处理方法。

技术介绍

[0002]近β型合金，如Ti
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10V
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2Fe
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3Al，Ti
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5Al
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5V
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5Mo
‑
3Cr
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1Zr和Ti
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11.5Mo
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1.5Sn
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6Zr等是一类典型的高强、高韧钛合金，因其优异的强度和良好的拉伸塑性及断裂韧性而被制成锻件、模锻件、棒材、型材、厚板和管材等多种构件和材料，在航空航天、船舶、汽车等领域备受关注。该类近β钛合金往往需要通过多道次初加工工艺来细化组织、获得具有特定目标组织的棒材等半成品。β相区锻造和(α+β)两相区锻造是其中最为典型的初加工工艺，其对细化晶粒、弱化织构，获得各项力学性能匹配良好的材料而言至关重要。然而，近β钛合金在热变形过程中呈现出强烈的动态回复特征，且初始β晶粒粗大，其晶粒尺寸可达几百个微米，因此难以通过单纯的单相区或两相区变形来有效细化组织。因此往往需要多火次、多工步、多参数的变形和热处理促进β再结晶才能最终实现织构的弱化。
[0003]然而，在多火次/道次的变形过程中，β再结晶晶粒在一定程度上会继承初始β基体的晶体取向，导致局部区域呈现出显著的取向择优，即β微织构强度较高；此外，近β钛合金在保温过程中极易出现无析出区，即复杂的热力加载路径加剧了β相组织演变的均匀性，这也会导致β微织构的形成；而且，高强度的β变形微织构会使得该合金探伤性能和疲劳性能劣化，从而影响其服役或后续加工。

技术实现思路

[0004]为了解决现有技术存在的上述技术问题，本专利技术提供了一种调控近β钛合金变形微织构的间歇式锻造与热处理方法，其可有效避免高强度β变形微织构的形成，对提升材料整体的组织和力学性能均匀性具有重要意义。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了一种调控近β钛合金变形微织构的间歇式锻造与热处理方法，其包括以下步骤：
[0006]S1，将近β钛合金材料加热至相变点以上40～60℃并保温30～60min得到固溶完全的均一组织，升温速率控制在5～10℃/s之间，待保温结束后，炉冷至近β钛合金材料相变点以下40～60℃，继续保温20～40min，然后将近β钛合金材料经轴向拔长锻造处理，得到锻坯；
[0007]S2，将锻坯回炉加热至相变点以下40～60℃并保温20～30min，升温速率控制在5～10℃/s之间，保温结束后，取出空冷处理，获得经过间歇保温的锻坯；
[0008]S3，将间歇保温后的锻坯从室温加热至相变点以下90～100℃，升温速率为5～10℃/s，随后以3～5℃/s的升温速率继续加热至相变点以下40～60℃并保温3～5min，待保温完成，以0.01～0.1/s的应变速率对锻坯进行轴向镦锻变形，变形量为60～70％，变形结束后立即水冷处理。
[0009]作为专利技术的进一步优选技术方案，所述近β钛合金材料为TB6近β钛合金或Ti
‑
55531近β钛合金。
[0010]作为专利技术的进一步优选技术方案，步骤S1中的轴向拔长锻造处理的具体操作是：
[0011]将步骤S1中经二次保温后的近β钛合金材料转移至精锻机进行小变形的轴向拔长锻造，锻造比为1.8～2，终锻温度在近β钛合金材料相变点以下60～90℃，得到经过轴向拔长锻造的锻坯。
[0012]作为专利技术的进一步优选技术方案，步骤S2之后，以及步骤S3之前还包括以下步骤：
[0013]在步骤S2中得到的经过间歇保温的锻坯上通过线切割加工出圆柱形的试样，且试样的轴向与锻坯的轴向保持一致。在此需说明的是，在增加该步骤后所述步骤S3中进行加工处理的锻坯为该试样。
[0014]作为专利技术的进一步优选技术方案，所述试样的高径比控制在1.5。
[0015]作为专利技术的进一步优选技术方案，所述试样的上下两端面分别加工有半径为0.2mm的倒角。
[0016]作为专利技术的进一步优选技术方案，步骤S3中，以恒定应变速率及等温条件对锻坯进行轴向镦锻变形。
[0017]作为专利技术的进一步优选技术方案，步骤S3中，通过热/力模拟试验机对锻坯进行恒定应变速率的等温轴向镦锻。
[0018]本专利技术的调控近β钛合金变形微织构的间歇式锻造与热处理方法，通过采用上述技术方案，可以达到如下有益效果：
[0019]1)本专利技术通过轴向拔长锻造、间歇保温和轴向镦锻工艺的匹配，利用α和β两相热变形过程中的组织转变特征及其交互作用，在实现α完全等轴化的前提下、加速β静态及动态再结晶转变，从而降低了高强度β变形微织构形成的可能性，进而提升了材料的整体力学性能；
[0020]2)本专利技术避免了繁杂多序的工艺流程，单火次/道次变形保证了材料的利用率和生产效率，且对设备要求低、可控性强，可匹配的加工参数范围广，对于调控获得特定目标组织的材料展现出极大的灵活性。
附图说明
[0021]下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。
[0022]图1为本专利技术实施例1中所提供的TB6近β钛合金材料及锻造处理后的织构对比图，其中图1中(a)为原材料的织构图，(b)为锻造处理后的织构图；
[0023]图2为本专利技术实施例一中所提供的Ti
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55531近β钛合金材料及锻造处理后的织构对比图，其中图2中(a)为原材料的织构图，(b)为锻造处理后的织构图。
[0024]本专利技术目的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
[0025]下面将结合附图以及具体实施方式，对本专利技术做进一步描述。较佳实施例中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等用语，仅为便于叙述的明了，而非用以限定本专利技术可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更
技术实现思路
下，当亦视为本发
明可实施的范畴。
[0026]本专利技术提供了一实施例的调控近β钛合金变形微织构的间歇式锻造与热处理方法，包括以下步骤：
[0027]步骤1，轴向拔长锻造
[0028]将近β钛合金材料加热至相变点以上40～60℃并保温30～60min得到固溶完全的均一组织，升温速率控制在5～10℃/s之间，待保温结束后，炉冷至近β钛合金材料相变点以下40～60℃，继续保温20～40min；
[0029]将上述经二次保温后的近β钛合金材料转移至精锻机进行小变形的轴向拔长锻造，锻造比为1.8～2，终锻温度在近β钛合金材料相变点以下60～90℃，得到经过轴向拔长锻造的锻坯；
[0030]步骤2，间歇保温
[0031]将锻坯回炉加热至相变点以下40～60℃并保温20～30min，升温速率控制在5～10℃/s之本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种调控近β钛合金变形微织构的间歇式锻造与热处理方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，将近β钛合金材料加热至相变点以上40～60℃并保温30～60min得到固溶完全的均一组织，升温速率控制在5～10℃/s之间，待保温结束后，炉冷至近β钛合金材料相变点以下40～60℃，继续保温20～40min，然后将近β钛合金材料经轴向拔长锻造处理，得到锻坯；S2，将锻坯回炉加热至相变点以下40～60℃并保温20～30min，升温速率控制在5～10℃/s之间，保温结束后，取出空冷处理，获得经过间歇保温的锻坯；S3，将间歇保温后的锻坯从室温加热至相变点以下90～100℃，升温速率为5～10℃/s，随后以3～5℃/s的升温速率继续加热至相变点以下40～60℃并保温3～5min，待保温完成，以0.01～0.1/s的应变速率对锻坯进行轴向镦锻变形，变形量为60～70％，变形结束后立即水冷处理。2.根据权利要求1所述的调控近β钛合金变形微织构的间歇式锻造与热处理方法，其特征在于，所述近β钛合金材料为TB6近β钛合金或Ti
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55531近β钛合金。3.根据权利要求2所述的调控近β钛合金变形微织构的间歇式锻造与热处理方...

【专利技术属性】
技术研发人员：樊晓光，王俐，姜雪琦，詹梅，王志军，陈强，舒大禹，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：